COMPARATIVE GROWTH AND BIOCHEMICAL COMPOSITION OF FOUR STRAINS OF Nostoc AND Anabaena (CYANOBACTERIA, NOSTOCALES) IN RELATION TO SODIUM NITRATE / Comparación del crecimiento y Composición Bioquímica de cuatro cepas de Nostoc y Anabaena (Cyanobacteria, Nostocales) en relación con el nitrato de sodio

Nitrogen concentration is an essential parameter in cyanobacterial cultures to produce enriched biomass with biotechnological purposes. Growth and biochemical composition of Nostoc LAUN0015, Nostoc UAM206, Anabaena sp.1 and Anabaena sp.2 were compared at 0, 4.25, 8.5 and 17 mM NaNO3. Cultures under laboratory conditions were maintained for 30 days at a volume of 500 mL. Anabaena sp.1 yielded the highest value of dry mass of 0.26 ± 2.49 mg mL-1 at 8.5 mM NaNO3. For chlorophyll, phycocyanin and phycoerythrin, maximum values were achieved at 17 mM NaNO3 with 18.09 ± 1.74, 102.90 ± 6.73 and 53.47 ± 2.40 μg mL-1, respectively. Nostoc LAUN0015 produced its maximum value of protein 644.86 ± 19.77 μg mL-1, and 890 mg mL-1 of carbohydrates in the absence of nitrogen. This comparative study shows that the most efficient strain for the production of protein, carbohydrates and lipids in diazotrophic conditions corresponded to Nostoc LAUN0015. However, Anabaena sp.1 and Anabaena sp.2 required high nitrogen concentrations to achieve higher values of metabolites, comparing with Nostoc strains. Nitrogen dependence for the production of pigments and high protein production in strains of Anabaena and in diazotrophic conditions for Nostoc was demonstrated. Nostoc can be cultured under nitrogen deficiency and Anabaena in sufficiency, for biomass production enriched with proteins and carbohydrates.

La concentración de nitrógeno constituye un parámetro esencial en cultivos de cianobacterias para la producción de biomasa enriquecida con fines biotecnológicos. Se comparó el crecimiento y composición bioquímica de las cepas Nostoc LAUN0015, Nostoc UAM206, Anabaena sp.1 y Anabaena sp.2 a 0, 4,25; 8,5 y 17 mM NaNO3. Los cultivos en condiciones de laboratorio fueron mantenidos durante 30 días a un volumen de 500 mL. En masa seca, Anabaena sp.1 obtuvo el mayor valor, con 2,49 ± 0,26 mg mL-1 a 8,5 mM NaNO3. Para clorofila, ficocianina y ficoeritrina, los máximos se alcanzaron a 17 mM NaNO3 en Anabaena sp.1, con 18,09 ± 1,74; 102,90 ± 6,73 y 53,47 ± 2,40 μg mL-1, respectivamente. Nostoc LAUN0015 produjo su máximo valor de proteínas de 644,86 ±19,77μg mL-1, y alrededor de 890 μg mL-1 de carbohidratos en ausencia de nitrógeno. El estudio comparativo indica que la cepa más eficiente para la producción de proteínas, carbohidratos y lípidos, en condiciones diazotróficas, correspondió a Nostoc LAUN0015. En cambio, las cepas de Anabaena sp.1 y sp.2 requieren de elevadas concentraciones de nitrógeno para alcanzar los mayores valores de metabolitos, respecto a las cepas de Nostoc. Se demuestra la dependencia de nitrógeno para la producción de los pigmentos y la alta producción proteica en las cepas de Anabaena y en condiciones diazotróficas para Nostoc. Esta última puede ser cultivada bajo una deficiencia de nitrógeno y Anabaena con suficiencia para la producción masiva de biomasa enriquecida con proteínas y carbohidratos.

Cultivos discontinuos alimentados con urea de la cianobacteria Phormidium sp. en función de la salinidad y edad del cultivo / Urea fed-batch cultures of the cyanobacterium Phormidium sp. as a function of the salinity and age of cultures

Se comparó la eficiencia de sistemas de cultivos discontinuos alimentados versus cultivos discontinuos convencionales, en cuanto a concentración de nitrógeno, adicionando 0,2 mM de urea cada tres días al final de la fase exponencial, durante 21 días. Se realizaron cultivos con un volumen de 1500 mL a 15 y 35 UPS de salinidad, enriquecidos con medio ALGAL 8mM NaNO3, a 238 µmol q m-2 s-1, aireación constante, fotoperiodo 12:12 horas y temperatura de 29 ±3°C. Phormidium sp. posee la capacidad de hidrolizar la urea; mostrando una asimilación de 65±7,07% de la misma, con la mayor producción (p<0,05) de clorofila a, ficocianina y proteínas de 20,26±1,24; 203,47±12,83 y 707,87±28,47 µg mL-1en los cultivos alimentados. La producción de pigmentos vario en el tiempo, independientemente a la salinidad y sistema de cultivo, mientras que la producción de proteínas y carbohidratos totales fue directamente proporcional a la edad del cultivo, con valores máximos de 612,74 ± 5,41 µg mL-1 y 8,96±0,08 mg mL-1 respectivamente a los 31 días. La síntesis de lípidos y EPS fueron influenciadas (p<0,05) por la salinidad, presentando los máximos de lípidos a 15 UPS con 12,22±2,91µg mL-1, y los EPS se incrementaron a 35 UPS con 2,00 ± 0,26 y 2,03 ± 0,15 mg mL-1. Estos resultados determinan que los cultivos de Phormidium sp. alimentados con urea y a salinidades de 15 y 35 UPS, representan una alternativa económica para la producción de clorofila a, ficocianina y proteínas, incrementándose un 31,04; 40,72 y 31,94 % respectivamente en comparación con cultivos no alimentados.

Fed-batch system efficiency versus batch cultures was compared in relation to nitrogen concentration, adding 0,2mM urea at the end of the exponential phase, during 21 days. Cultures were carried out in 1500 mL to 1.5 and 3.5 UPS of salinity, enriched with Algal medium 8mM NaNO3, 238 mol q m-2 s-1, constant aeration, photoperiod 12:12 h. and 29 ±3°C. Phormidium sp. is able to hydrolyze urea; showing a total assimilation of 65±7.07%, with the highest (p< 0.05) chlorophyll a, phycocyanin and protein production of 20.26 ± 1.24, 203.47 ± 12.83 and 707.87 ± 28.47 µg mL-1 in the fed-batch cultures. On the other hand, pigment production varies in time, regardless salinity and culture system. Proteins and total carbohydrate production were directly proportional to the age of cultures, with maximum values of 612.74 ± 5.41 µg mL-1 and 8.96 ± 0.08 mg mL-1, respectively. Lipid and EPS were influenced (p< 0.05) by salinity, showing maximum of lipids at 15 UPS with 12.22±2.91 µg mL-1, and EPS at 15 and 35 UPS with 2.00 ± 0.26 and 2.03 ± 0.15 mg mL-1. These results determine that Phormidium sp. cultures fed with urea, to salinities of 15-35 UPS, represent an economic alternative for chlorophyll a, phycocyanin and protein production, with an increase of 31.04, 40.72 and 31.94% respectively in comparison with non-fed cultures.

Crecimiento de la cianobacteria marina Oscillatoria sp. MOF-06 en relación al pH en cultivos discontinuos / Growth of the marine cyanobacteria Oscillatoria sp MOF-06 in relation to pH in discontinuous cultures

Se evaluó el crecimiento, contenido de pigmentos, carbohidratos, exopolisacáridos y proteínas en la cianobacteria marina Oscillatoria sp. a pH 6,7,8 y 9 en cultivos discontinuos. Todos los cultivos se realizaron por triplicado en medio de cultivo ALGAL, a 3,5% de salinidad, aireación constante, a 28 ± 2°C, iluminación a 156 μmol quanta m-2 s-1 y fotoperiodo 12:12h. Los cultivos a pH 9 y controles (pH 9-11), alcanzaron los valores más elevados de turbidez y masa seca. El contenido de clorofila a fue superior en fase exponencial, a pH 9 y control, con los valores más bajos a pH 6. La concentración de ficocianina también fue superior a pH 9 y en el control; mientras que a pH 6 y 7 se detectaron los valores más bajos. La concentración de proteínas y de carbohidratos también aumentó con el pH, en el siguiente orden control>9>8>7>6. En cambio, Oscillatoria produjo más exopolisacáridos a pH entre 6 y 8. Estos resultados demuestran que la cianobacteria marina Oscillatoria sp. MOF-06 incrementa la producción de biomasa, contenido de clorofila, proteínas y carbohidratos en condiciones alcalinas; mientras que, se induce una disminución en la producción de exopolisacáridos; pero sin afectar el contenido de carotenoides.

Growth, pigment content, carbohydrates, exopolysacharides and proteins were evaluated in the marine cyanobacteria Oscillatoria sp. in discontinuous cultures at pH 6, 7, 8 and 9. All cultures were done in triplicate in ALGAL culture medium, at 3.5% salinity, constant airing, 28 ± 2ºC, 156 µmol m-2 s-1 illumination, and 12:12h photoperiod. Cultures at pH 9 and controls (pH 9-11), reached the highest turbidity and dry mass values. The α chlorophyll content was higher in the exponential phase, at pH 9 and control, while the  lowest values were detected at pH 6 and 7. Protein and carbohydrate content also increased with pH in the following order: control>9>8>7>6. On the other hand, Oscillatoria produced more exopolysacharides at pHs between 6 and 8. These results show that the marine cyanobacteria Oscillatoria sp. MOF-06 increases its biomass production, and chlorophyll, protein and carbohydrate content under alkaline conditions, while this pH induces a decrease of exopolysacharide production, but without affecting the carotenoid content.

Crecimiento y producción de metabolitos de la cianobacteria marina Synechococcus sp. (Chroococcales) en función de la irradiancia

Growth and metabolite production of the marine cyanobacterium Synechococcus sp. (Chroococcales) in function to irradiance. Changes in salinity, temperature and irradiance during wet and dry seasons have induced metabolic versatility in cyanobacteria from saline environments. Cyanobacteria from these environments have biotechnological potential for the production of metabolites with pharmaceutical and industrial interest. We studied the growth, dry mass and metabolite production of the cyanobacterium Synechococcus sp. MOF-03 in function of irradiance (78, 156 and 234 µmol q m-2 s-1). All batch cultures were maintained by triplicate in constant aeration, 12:12 h photoperiod, 30 ±2ºC and 35‰. Maximum values of protein, carbohydrates and lipids, of 530.19 ±11.16, 408.94 ±4.27 and 56.20 ±1.17 µg ml-1, respectively, were achieved at 78 µmol q m-2 s-1. Pigments, analyzed by HPLC, showed maximum values at 78 µmol q m-2 s-1 for chlorophyll a with 7.72 ±0.16 µg ml-1, and at 234 µmol q m-2 s-1 for ß-carotene and zeaxanthin with 0.70 ±0.01 and 0.67 ±0.05 µg ml-1. Chlorophyll a:ß-carotene ratio decreased from 17.15 to 6.91 at 78 and 234 µmol q m-2 s-1; whereas ß-carotene:zeaxanthin ratio showed no changes between 78 and 156 µmol q m-2 s-1, around 1.21, and decreased at 234 µmol q m-2 s-1, to 1.04. Also, this cyanobacterium produced the greatest cell density and dry mass at 156 µmol q m-2 s-1, with 406.13 ±21.74 x106 cell ml-1 and 1.49 ±0.11 mg ml-1, respectively. Exopolysaccharide production was stable between 156 y 234 µmol q m-2 s-1, around 110 µg ml-1. This Synechococcus strain shows a great potential for the production of enriched biomass with high commercial value metabolites. Rev. Biol. Trop. 56 (2): 421-429. Epub 2008 June 30.

Las cianobacterias de ambientes salinos presentan una versatilidad metabólica inducida por los cambios de salinidad, temperatura e irradiancia, durante los períodos de sequía y lluvias. Por ello es importante la búsqueda en estos ambientes de cianobacterias con potencial biotecnológico para la producción de metabolitos de interés farmacéutico e industrial. Se reporta el crecimiento, masa seca y producción de metabolitos de la cianobacteria Synechococcus sp. MOF-03 en función de la irradiancia (78, 156 y 234 µmol q m-2 s-1). Los cultivos discontinuos por triplicado, fueron mantenidos con aireación constante, fotoperiodo 12:12 h, 30 ±2ºC y a 35‰. Los máximos valores de proteínas, carbohidratos y lípidos de 530.19 ±11.16, 408.94 ±4.27 y 56.20 ±1.17 µg ml-1 respectivamente, fueron obtenidos a 78 µmol q m-2 s-1. Los pigmentos, analizados por HPLC, mostraron los máximos a 78 µmol q m-2 s-1 para clorofila a con 7.72 ±0.16 µg ml-1; y a 234 µmol q m-2 s-1 para ß-caroteno y zeaxantina con 0.70 ±0.01 and 0.67 ±0.05 µg ml-1. La relación clorofila a:ß-caroteno disminuyó de 17.15 hasta 6.91 a 78 y 234 µmol q m-2 s-1; mientras que la relación ß-caroteno:zeaxantina se mantuvo sin cambios entre 78 y 156 µmol q m-2 s-1, con cerca de 1.21 y disminuyó a 234 µmol q m-2 s-1 a 1.04. La cianobacteria produjo la mayor densidad celular y masa seca a 156 µmol q m-2 s-1, con 406.13 ±21.74 x106 cel ml-1 y 1.49 ±0.11 mg ml-1 respectivamente. La producción de exopolisacáridos se mantuvo alrededor de 110 µg ml-1 entre 156 y 234 µmol q m-2 s-1. Así, esta cepa de Synechococcus muestra un gran potencial para la producción de biomasa enriquecida con metabolitos de alto valor comercial.

Gallinaza: un residual avícola como fuente alternativa de nutrientes para producción de biomasa microalgal / Chicken manure: poultry waste as an alternative nutrient source for microalgal biomass production

La gallinaza puede ser usada como una fuente alternativa de nutrientes para el cultivo de microalgas, proveyendo de biomasa microalgal utilizable como producto final. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la fracción soluble de gallinaza (FSG) a tres diferentes concentraciones (6, 18 y 36 por cien)sobre el crecimiento, la producción de pigmentos y proteínas de la microalga marina Chroomonas sp. y de la microalga de agua dulce Chlorella sorokiniana. La FSG no biodegradada mostró un efecto letal sobre el crecimiento de ambas microalgas. La FSG tratada aeróbicamente mejoró el crecimiento de Chroomonas sp. a 18 por cien con 131,37+-13,66x10 a la 6 cel mL-1, y a 36 por cien para C. sorokiniana de 228,64+-4,90x10 a la 6 cel mL-1 (p<0,05). De igual forma, el peso seco más alto se obtuvo a 18 y 36 por cien para Chroomonas y C. sorokinianade 1,69+-0,03 y 1,07+-0,01 mg mL-1, respectivamente (p<0,05). La producción de pigmentos fue más alta a 36 por cien de FSG. Los máximos valores de clorofila fueron de 21,49+-2,51 y 16,06+-0,83 ug mL-1, y de carotenoides de 12,35+-1,69 y 1,96+-0,19 ug mL-1 para Chroomonas y C. sorokiniana, respectivamente. La máxima producción de proteínas fue alcanzada a 18 por cien para Chroomonas sp con 384,54+-18,52 ug mL-1,y a 36 por cien para C. sorokiniana con 779,53+-11,14 ug mL-1 (p<0,05). Estos resultados sugieren que la fracción soluble de gallinaza puede ser usada como una fuente de nutrientes para la producción de biomasa enriquecida con pigmentos y proteínas, reduciendo así costos de cultivo.